第五章 隧道工程災變修護作業程序之案例探討
本章首先將應用所提隧道災變修護作業程序於國內案例-東部鐵 路改善北迴線新永春隧道南口向北湧水段、北宜高速公路雪山(原坪 林)隧道導坑湧水段、快速公路八卦山隧道、高速鐵路林口隧道、南 港專案汐止隧道等各不同單位及主管機關。透過修護技術處理與修護 行政處理過程，說明本文所建立技術處理及修護作業程序的可行性與 實用性，繼而探討將不同災變情形與不同單位之處理模式之比較，並 依據結果建議隧道災變修護作業程序應用之合理模式。
5.1 案例探討(一)－新永春隧道工程南口向北湧水段
北迴線全線雙軌及電氣化工程為「東部鐵路改善計畫」之主要部 份，路線全長約八十公里，其中隧道共計 14 座總長達 33.8 公里，
介於永樂站與東澳站間，隧道全長 4,460 公尺，為全線第三長之單 線鐵路隧道工程(如圖 5.1 所示)。於 1995 年 8 月 9 日開工，2004 年 2 月 8 日完工。分別自南、北洞口進行施工作業。其中南口工作 面里程 N8+058 處，於 1998 年 10 月 24 日遭遇巨量高壓湧水，並誘 發大量土石崩坍，湧入隧道內土石累計達 22,000m3以上，湧水量持 續維持 25~30m3/min，最大湧水量曾高達 80m3/min，歷時約四年（如 圖 5.2、5.3、5.4 與 5.5 所示），並為國內外隧道工程罕見的災變 案例。(本研究整理，資料來源：新永春隧道巨量湧水處理工程技術，
2003)。
地形上屬蘇花斷崖海岸北端，由高出海面數百公尺的斷層崖構 成，地勢陡崚，山嶺分佈與延展多受地質構造與岩性影響，主要之 山嶺呈西北西方向延伸。地層為大南澳片岩，隧道自北而南通過之 岩性為板岩、長石砂岩夾變質礫岩、千枚狀板岩。
5.1.1 隧道災變修護作業程序之流程
以下依據隧道災變處理作業過程中之修護及行政作業兩部份，茲 說明如下。
(一)隧道修護技術作業程序說明
(1)新永春隧道南口工作面於 1998 年 10 月 24 日開挖至 N8+058 處，流出大量湧水達 25m3/min，土石坍埋約 30 公尺。
(2)至 10 月 27 日施工單位欲緊急處理時，唯適逢芭比絲颱風過 境。開挖面即已發生大量抽坍、巨量湧水達到 50 m3/min 並 夾帶土石坍掩達 110 公尺而無法緊急處理，湧水量最高曾達 約 80m3/min，且土石坍掩範圍繼續擴大。
(3)至 11 月 7 日土石坍掩之隧道長度全長已達 540 公尺，始趨於 穩定。湧水量則維持在 45-70m3/min 間，變化不定且持續長 達四個月(1998.10.24~1999.2)。
(4)1998 年 10 月至 2002 年 10 月施工中監測系統包括：水壓計、
滲水檢查孔、岩體變位及支撐應力等。其中岩體變位含地層 位移、頂拱下陷及淨空變位等三項；支撐應力含噴凝土應 力、鋼支保受力等二項。
(5)1998 年 11 月至 1999 年 5 月第一階段改善洞內外排水以利施 工動線暢通。
(6) 1999 年 6 月至 1999 年 11 月第二階段逐段辦理坍方清理，採 取適當安全措施，選擇地質最佳之位置作為迂迴坑開挖之起 始點。
(7)1999 年 11 月至 2001 年 10 月第三階段於西側迂迴坑內（NW8
＋150 附近）及東側迂迴坑施作長距離鑽探，並據其探查成 果研擬後續開挖及必要之地質改良作業。
(8)2001 年 11 月至 2002 年 7 月第四階段突破高壓湧水段之處理 以「遠排近灌」、「先撐後挖」、「隨挖隨襯」及長期監測為理 念，採取之主要輔助工法包括大口徑排水、熱瀝青灌漿、補 強岩體灌漿(包括錐體灌漿、管冪工法、超微粒水泥灌漿、
聚酯樹脂灌漿、微型樁、AT 工法、路意氏酸)等工法。
(9)1998 年 12 月至 1999 年 5 月補充地質調查工作。【包括：崩塌 地地形圖測繪、反射震測探查、影像判釋、地表沉陷測量、
水文量測、折射震測探查、地電阻影像剖面(RIP)等調查作 業。】
(10)檢視大口徑排水孔完成後至 2002 年 5 月止，各孔水壓顯著 下降，顯示洩降效果極佳。
(11)2002 年 11 月後長期監測系統包括地下水壓及內襯砌應力二 項。內襯砌應力監測包含混凝土應力、鋼筋應力及內襯砌頂 拱沉陷等三項。至 2003 年 6 月底為止，目前仍在監測之項 目為水壓計、混凝土應變計與鋼筋應變計等三項。
(二)隧道災變修護行政作業程序說明
(1)1998 年 10 月 24 日新永春隧道南口工作面施工距洞口 1,812 公尺處，開挖面流出大量湧水及土石。災變發生後及時通報 主管機關。
(2)1998 年 10 月 24 日由東工處辦理及時會勘，並召開會議督促 施工廠商進行搶修作業。
(3)1998 年 11 月 5 日成立專案小組【成員：東工處（業主）、聯 合大地顧問公司（設計單位）、東澳工程段（監造單位）工信 公司、三井見建設株式會社（施工廠商）、義商INC 公司、
國恆公司（協力廠商）、百澄顧問公司、交泰顧問公司（監測
廠商）】。
(4)1998 年 11 月~2002 年 7 月研擬處理方案會議共計：68 次，並 區分四階段重要處理措施(邀集國內外專家、學者與會)。
(5)2000 年 9 月(第四十次會議)經邀專家、學者建議同意改線
（NE）。2001 年 4 月由本處提供本工程災害湧水之相關地質、
水文等資料，邀請九家專案廠商及合作之外國廠商於台北針 對突破高壓湧水，各廠商簡報其經驗、系統以及針對本案之 灌漿計畫及開挖計畫。2001 年 5 月~8 月確定新工法及材料作 業流程。
(6)1998 年 12 月至 2001 年 12 月依據政府採購法及契約規定陳報 上級機關備查（規劃設計部份：分四階段、施工部份：分三 階段）。
(7)會議檢討大口徑排水孔完成後至 2002 年 5 月止。
(8)施工期間相關輔助工法資料建檔。
5.1.2 隧道災變處理過程之分析與探討
依據舊永春隧道資料得知，本次發生災變地點與實際預測斷層 破碎帶地點略有差異約七十公尺，由此可知地質構造千變萬化，且 不易掌握，設計時應儘量規劃多種不同用途與目的之輔助工法。由 上述災變整體處理過程，經由本研究彙整處理作業時程表（如表 5.1 所示），其技術處理及修護技術作業流程圖(如圖 5.6 所示)、修護 行政作業流程圖（如圖 5.7 所示），分析探討說明如下：
(一)由災變整體處理過程達三年十個月分析探討得知，施工單位在災 變發生後即展開監測系統裝設及及時辦理會勘等工作。於 1998 年 11 月~1999 年 6 月間除第一階段改善排水外，同時辦理監測、
成立專案小組及陳報上級機關等作業。1999 年 6 月~11 月間展開
第二階段坍方清理、監測、專案會議等同時並行。1999 年 11 月
~2001 年 10 月第三階段迂迴坑、大口徑排水及地質改良施作、
監測、專案會議及陳報等。2001 年 11 月~2002 年 8 月突破湧水 段後輔助工法施作、監測系統持續中、專案會議共計 68 次、陳 報上級機關 4 次等項目。
(二)鑑於新永春隧道遭遇極罕見特殊湧水地質，其所使用技術處理之 輔助工法如下：
(1)隧道遭遇大量湧水及坍塌時，因主坑無法施作，可選擇其它 較好岩盤作為迂迴導坑前進，除可作為施工中之工作坑外，
同時可檢視灌漿成果之檢驗，而於完工後亦可作為排水廊道。
(2)在持續湧水階段打設大口徑排水管，除可作前進面地質鑽探 外，亦可作為排水孔有效的降低水壓與水量。
(3)輔助工法之選用亦須經常檢視並探討其功用，是否達成預期 效果，必要時隨時變更工法或合併它種工法施作。
(4)採取之主要輔助工法包括大口徑排水、熱瀝青灌漿、補強岩 體灌漿(包括錐體灌漿、管冪工法、超微粒水泥灌漿、聚酯樹 脂灌漿、微型樁、AT 工法、路意氏酸)等工法。
(三)大地工程調查：包含地表航照比對、隧道湧水及材料取樣、東澳 北溪支流水文量測、地表塌陷、水平鑽探等等補充地質調查方 式，並依據調查成果研判塌陷範圍及可能成因，提出後續修護處 理與進一步調查之建議。
(四)依據大地工程調查結果，進行湧水段之輔助工法設計變更及改線 等評估作業。
(五)監測系統：於災變發生至處理完成後仍維持必要之監測，藉監測 系統之資料，作為維持與確保隧道工程之安全穩定重要依據。
(六)自 1988 年 10 月 24 日發生災變後業主即成立專案小組，邀集設 計、監造單位、施工廠商與專家學者進行三十多次會勘及多達 68 次之專案會議，確實瞭解施工中所遭遇之問題，並立即於會 議中進行協調與決策。
5.2 案例探討(二)-雪山(原坪林)隧道導坑湧水段
北宜高速公路路線自台北市南港區起，向東南方向經石碇鄉、坪 林鄉，再由坪林隧道貫穿雪山山脈，由頭城附近抵達蘭陽平原，全線 長約 31 公里，採雙向四車道。雪山隧道長約 12.9 公里，為迄今東南 亞第一，全世界第三長之公路隧道，係完成北宜高速公路建設計畫之 主要關鍵工程(如圖 5.8 所示)，採用全斷面隧道鑽掘機(Tunnel Boring Machine,TBM)由東向西開挖。雪山隧道導坑工程於 1993 年 1 月至 2001 年 4 月止，已有多次湧水，其歷次重要崩塌及處理方式，
其中以第九次(里程 39K+169，發生時間 1995.02.05~1995.12.05 日，
處 理 時 間 為 290 天 ) 及 第 十 次 （ 里 程 39K+079 ， 發 生 時 間 1996.02.05~1996.09.13 日，處理時間為 221 天）為較大災變。本實 例將針對導坑施工第十次災變及處理對策作一簡要說明(本研究整 理，資料來源：TBM 鉆掘機停機處理施工報告，1997）。
沿線通過之地層由東而西大致為枋腳層、媽岡層、大桶山層、粗 窟層、乾溝層、及四稜砂岩層．隧道西半段路段，岩性主要為砂岩、
頁岩、硬頁岩及砂頁岩互層，岩性較佳，東半段路段則主要為硬頁岩 及四稜砂岩，其單壓強度可達 2,000kg/cm 以上．隧道最大之覆蓋層 厚度超過七百公尺，預計將通過石槽、石牌、大金面、巴凌、上新與 金盈等六條主要斷層(其中最大斷層帶預計寬達 50 公尺以上)及鶯子 瀨與倒吊子兩處向斜構造(如圖 5.9 所示)。
5.2.1 隧道災變修護技術作業程序說明
以下針對導坑施工第十次災變（里程 39K+079）說明，導坑於 1996 年 2 月 5 日 TBM 即因輸送帶無法啟動、機頭前方發生大量崩坍及地下 水流量增大至約 110L/s〜140L/s 等原因而停機。
(一)1996 年 2 月 5 日前施工單位即於里程 39K+092 施作三次探查孔
（孔深分別為 32.9、13.3、30.0 公尺，第一、三次為不取心探 查）。根據三次前進探查孔調查，所得結果為前方地質條件不佳 及位於 TBM 機頭上方 3 公尺處為破碎岩盤。由於三次探查結果並 未能判定是否有湧水地盤之存在，於完成探查後，決定 TBM 繼續 前進開挖。開挖過程中，因碴料含泥量甚高，顯示本區之岩盤破 碎，業主仍建議並指示施工單位避免停機時間過久，並應迅速完 成環片安裝。
(二)1996 年 2 月 5 日 TBM 即因輸送帶無法啟動、機頭前方發生大量崩 坍及地下水流量增大至約 110L/s〜140L/s 等原因而停機。
(三)同日上午 10 點由業主、監造單位、施工單位三方會勘抽坍及湧 水(湧水量 140L/s )情形，並召開會議決定暫停 TBM 向前開挖。
(四)1996 年 2 月 5 日~6 月 3 日由業主、監造單位、施工單位專案會 議決定後，分別開設坑道 A、坑道 B，但仍遭遇湧水發生抽坍，
接著又繼續開設坑道 C，又同樣遭遇大量湧水，再開設坑道 D，
到達 TBM 機頭前方。1996.09.13 清出 TBM 切削頭，並分二階段施 工。
(五)第一階段（1996.02.05~1996.03.26）：
(1)1996.02.05~02.15 日 TBM 區施作。其施作項目：鉆設排水孔、
環片架設、鋼支保補強、防水膜舖設及仰拱碴料清理等。
(2)1996.02.06~03.21 日迂迴隧道 A 坑施作。其施作項目：自鉆 式岩栓、先撐鋼棒，環片間背填化學灌漿（PUIF）、鉆設排 水孔、環片架設、鋼支保補強、噴凝土等。
(3)1996.03.06~03.26 日迂迴隧道 B 坑施作。其施作項目：自鉆 式岩栓、先撐鋼棒、化學灌漿（PUIF）等。
(六)第二階段（1996.03.26~1996.09.13）：
(1)1996.03.27~04.01 日 TBM 區施作。其施作項目：環片間化學 灌漿（PUIF、L.W）、先撐鋼棒等。
(2)1996.04.02~05.28 日迂迴隧道 C 坑施作。其施作項目：鉆設 自鉆式鉆桿、先撐鋼棒、化學灌漿（PUIF、ARON SR-US、
L.W）等。
(3)1996.04.06~05.11 日迂迴隧道 D 坑施作。其施作項目：鉆設 自鉆式鉆桿、環片間背填化學灌漿（PUIF）、鉆設排水孔、水 平長距離鑽探（大口徑排水）等。
(4)1996.05.28~07.15 日迂迴隧道 C1 坑施作。其施作項目：鉆設 自鉆式鉆桿、鉆設排水孔、鋼支保補強、水泥漿及化學灌漿
（PUIF、L.W、ARON SR-US）等。
(5)1996.07.16~08.18 日迂迴隧道 C2 坑施作。其施作項目：鉆設 自鉆式鉆桿、環片間化學灌漿（PUIF、L.W）等。
(6)1996.07.01~09.13 日 TBM 區及迂迴隧道 A.B.C（含 C1）.D 區 等合併施作。其施作項目：鉆設自鉆式鉆桿、鋼支保、環片 間背填化學灌漿（PUIF、L.W、ARON SR-US）、水泥灌漿、
鉆設排水孔等。
(七)第三階段(1996.09~1997.03)：
於 TBM 後方(里程 39K+139)開挖工作坑鑽設水平長距離探查作
業，進一步瞭解前方地質情況，作為後續處理事宜之參考。
(八)第四階段(1997.03~1998.03)：
經檢討本區段地質惡劣，不適宜採 TBM 工法開挖，應改採鑽炸法 開挖通過後，再繼續由 TBM 開挖，因此於導坑左側開挖繞行隧道，長 度約 240 公尺，繞過抽坍區段至 TBM 前方，採鑽炸法施工約 1.5 公里 後，再恢復 TBM 法開挖；鑽炸法開挖期間，TBM 推進至較佳之地質區 段，進行大規模檢修作業。
5.2.2 隧道災變處理過程之分析與探討
雪 山 隧 道 ( 導 坑 ) 採 用 全 斷 面 隧 道 鑽 掘 機 (Tunnel Boring Machine,TBM)開挖，其導坑發生停機事件計十八次（機具因素四 次），處理時間共計：1,653 天（中興公司提供）。並以第九次及第 十次最為嚴重，茲將第十次災變整體處理過程彙整處理時程（如表 5.2 所示），其技術處理及修護技術作業流程圖(如圖 5.10 所示)、
修護行政作業流程圖（如圖 5.11 所示）分析探討說明如下：
(一)災變整體處理過程達 221 天探討得知，施工單位於災變前有過三 次探查作業及第五次屬 HSP 震測範圍以內，未判斷出地盤之異常 行為。在災變湧水發生後即及時辦理會勘及召開會議等工作，並 分二階段施作。於 1996 年 2 月 5 日~3 月 26 日間第一階段 TBM 區、迂迴坑 A 及 B 區等施作，1996 年 3 月 26 日~9 月 13 日間第 二階段 TBM 區、迂迴坑 C、D、C1 及 C2 區等施作，1996 年 7 月 1 日~9 月 13 日間 TBM 區、迂迴坑 A、B、C、D 及 C1 合併施作。上 述為災變處理時程，1996 年 9 月~1997 年 3 月鑽設水平長距離鑽 探，1997 年 3 月~1998 年 3 月採鑽炸工法開挖地質惡劣處，通過 後再由 TBM 施作。
(二)雪山(導坑)隧道遭遇特殊湧水地質，其所使用技術處理之輔助工 法包括大口徑排水、補強岩體灌漿【包括錐體灌漿、超微粒水泥 灌漿、皂土水泥灌漿、化學灌漿（PUIF、L.W、ARON SR-US】
等工法。
(三)導坑發生災變前仍屬 HSP 震測範圍以內，依據震測結果局部剪裂 帶及少量地下水，因此得知 HSP 震測所得資料僅為參考之依據。
(四)另導坑遭遇災變前既施作前進探查作業，在探查期間未發現明顯 之湧水現象，由此可知地質之變異性是無法推估及量測範圍。
(五)發生災變造成TBM 受困區段，以鑽炸法取代 TBM 法開挖通過此 一惡劣地質區段應為最有利之應變措施。開挖繞行隧道，不僅可 作為繞過 TBM 機頭部份，改採鑽炸法施工之通道，並可作為排 水廊道，先洩降地下水，以及對主航道進行灌漿作業，事先處理 不良地質區段，以免採鑽炸法開挖時再度造成災變。
(六)自 1988 年 10 月 24 日發生災變後業主即由業主、監造單位(委 監)、施工廠商及時會勘，確實瞭解施工中所遭遇之問題，並立 即由施工單位提出處理方案，並於會議中進行協調與解決。
5.3 案例(三)－快速公路(E407 標)八卦山隧道工程
東西向快速公路漢寶草屯線新闢工程乃六年國建計畫所規劃興 建之 12 條東西向快速公路之一，目的為連繫台灣中部主要南北運輸 之公路幹線如西濱公路、中山高及二高，形成一完整交通路網。漢寶 草屯線全長 33.9 公里，八卦山隧道為雙孔車道之公路隧道，其長度 左線為 4,928m，右線為 4,955m，開挖斷面積約 120m2，採用新奧隧道 工法（NATM）之理念進行設計及施工，工期為 70 個月(如圖 5.12 所 示)。另外由於本工程為長隧道，為確保用路人之安全性與舒適性，
隧道機電附屬設備包括通風、照明、電力、監控及防災等，並設置隧 道機房三座及通風豎井（內徑 9.5m、深度 240m）一座。係目前國內 僅次於坪林隧道之第二長公路隧道，屬該快速公路工程分標之Ｅ407 標，西起彰化縣員林、貫穿八卦山台地至南投縣頂寮附近，係漢寶草 屯線通車之關鍵工程(周允文，2000)。
主要地層為頭嵙山層火炎山相礫石層，依其特性大可分為砂質粉 土層及礫石層。砂質粉土層厚薄不一，以粉火層為主或間夾黏土層；
粉土層以扁平之中細砂及黏土夾少量小粒徑礫石為主，膠結疏鬆；黏 土層則以黏土為主，夾不等量細砂，塑性較高，厚度約 0.8m〜1.0m。
礫石層中礫石含量不均約 70〜80％，通過＃4 篩比例約 20〜30％，礫 石粒徑大者約達 40〜50cm，礫石間之細紏成份以青灰色粗、中砂及棕 黃色粉砂質泥層為主。大部份礫石均屬輕度風化、礫石層膠結不佳，
礫石極易剝落，偶有較細之礫石夾粗砂，礫石層內所夾之砂層或黏土 層常呈薄層或凸鏡狀，亦有部份呈巨厚狀，最厚可達 2m 以上。
5.3.1 困難段施工處理
因隧道本身並重大災變發生，謹以施工中困難段做為說明。隧道 東口開挖約 765m 及西口自開挖面約 920m 處出現全面滲水，及開挖面 頂拱坍落、坑內泥濘施工性降低等問題。其處理策略說明如下：
(一)隧道東口開挖約 765m 及西口自開挖面約 920m 處出現全面滲水，
為了降低水壓，並防止路面泥濘化，採集水坑之排水設備，其設 置及拆除均易，不妨礙施工之進行，又可輔助前進排水鑽孔之降 水作用，對於降低地下水壓，防止路面泥濘。
(二)開挖面穩定措施
(1)先撐工法（岩栓或鋼管）：由開挖面頂端至兩側，以仰角 50
〜30 左右打設岩栓或鋼管，以確保開挖面之穩定，亦可利用
這些鑽孔施予灌漿，以使隧道頂拱地盤固結之輔助工法。
(2)鋼護鈑：先撐工法係以線的構造將開挖面施予先撐措施，鋼 護鈑則係以較岩栓或鋼管更廣的面施予支撐。
(3)開挖面噴凝土：開挖後施予數公分厚之噴凝土於開挖面，除 可維持開挖面之安定以外，將有助於目視觀察開挖面之優點。
(4)環狀開挖：係以縮小開挖斷面，以期藉土心穩定開挖面。
(5)開挖面傾斜：係將開挖面維持一傾斜面，以維持開挖面之穩 定，與環狀開挖不同者係得以接近開挖面施作噴凝土或岩栓。
(6)臨時仰拱：抑制地表及隧道內之變位為目的，施作噴凝土於 台階上，以便於在全斷面閉合之前，暫時性的將分割面施予 閉合之工法。
(7)其它輔助工法：管冪工法、化學灌漿、深井工法。
5.3.2 隧道異常行為處理過程之分析與探討
八卦山隧道因地質條件係屬卵礫石層夾雜砂泥，不同於一般岩石 隧道且屬長隧道，所以遭遇地下水時容易軟化成泥狀，使開挖面自立 性惡化，因此設計上通常較為保守，而且採用的施工機具、人力配置 與管理方式等作法較為特殊。其處理過程說明如下：
(一)因地質較為軟弱開挖時分工上半斷面、台階及仰拱，並以雷射光 線進行施工定線測量，故可縮短測量作業時間及減少累積誤差。
(二)開挖時遭遇湧水情形，先鑽孔排水並設制及集水坑，再以抽水方 式排出坑外。
(三)為避免抽坍持續發生，採管冪工法施工，因管冪工法適用於未固 結及膠結較差之地層，且前進支撐較長，能於頂拱部位形成傘狀 保護，除強化地盤自承力以避免頂拱抽坍外，亦有效地提昇輪進 速率。
(四)由於砂質地層因滲（湧）水較嚴重，水泥砂漿灌入不易固結，而 改採水玻璃系的灌漿材料，並分階段灌漿，並視現場滲（湧）水 情況增設 6m 或 9m 長∮2"之排水管，以降低地下水壓力兼具排水 功用。
(五)採用輔助工法包含集水坑、深井工法、先撐工法（岩栓或鋼管）、
鋼護鈑、噴凝土、環狀開挖、臨時仰拱、管冪工法、化學灌漿。
5.4 案例(四)－高鐵土建工程(C210 標)林口隧道工程
林口隧道屬於高鐵土建工程 C210 標的範圍，屬統包(自行設計、
施工)工程，並為中日廠商合作施工，其路線起自桃園縣龜山鄉龍壽 村萬壽路一段，由東北往西南向穿越林口台地的南端，終點位於桃園 縣龜山鄉大坑村，鄰近中山高速公路南坎交流道(如圖 5.13 所示)。
自 2001 年 2 月展開鑽掘工作，2003 年 7 月 7 日完成全長 6,419 公尺 的貫通作業。隧道除了南、北兩個洞口之外，並設置Ａ及Ｂ兩個豎井。
此外，為了避免隧道施工造成地下水位水永久的洩降，影響地面工 廠、住家及自來水廠的水源取得，或是對地表植被及地下水文等造成 環境上的衝擊，採用國內第一次使用的不排水隧道，以PVC 或 LDPE 防膜將襯砌混凝土全面包覆，隧道施工完成後其週圍的地下水不會經 由隧道而排出，日後地下水位將會逐漸回升施工之前的原有高程（廖 永松，2003）。
林口隧道經過之地層屬林口台地堆積層（Formation），屬第四紀 地層。隧道主線一林口層，卵礫石直徑介於 3 至 15 公分之間，含量 約佔 50％至 80％之間，粗砂、細砂及黏土顆粒所組成。
5.4.1 困難段施工處理
因隧道本身並重大災變發生，謹以施工中困難段做為說明，隧道 施工於 TK26+000~TK26+800 附近，被含有大量受壓地下水的細砂層縱 斷，其細砂層含有約 20％左右之泥，而 80％以上為粒徑 0.1ｍｍ以下 之細砂組成，在層底堆積著不透水性之黏土，根據鑽探調查結果，坑 內有受壓水壓達 4.2kg/cm2〜6.0kg/cm2。其發生狀況如下：
(一)從南口往豎井Ｂ開挖段：
砂層存在開挖面上方，慢慢往下降，如果開挖面頂拱部份發生受 壓水帶泥砂流出現象，可能導致崩塌，因此在頂拱及側壁採 AGF 工法
（∮114mm，Ｌ＝12.45m），灌水泥及化學藥液併用。而開挖面本身則 為提高自立性，採用鏡面岩栓（PVC 管及玻璃纖維管 L=12.45m，矽利 康樹脂灌漿），進行地質改良，而地質改良會造成開挖面周圍水壓上 昇，為降低水壓，在開挖面後方適當位置打設導水管排水。
(二)從豎井Ｂ往南口開挖段：
由於此段砂層存在於開挖面下方，慢慢往上昇，開挖面仍是卵礫 石層，仍可穩定自立，但在開挖面後方之支保腳局部發生砂湧現象，
因此支保腳沉陷，導致噴漿面裂縫，有些地方側面噴漿面內突、侵入 內空等問題，對策工法是用真空泵浦及防止砂流失之 3 層排水管向隧 道下方之砂層抽水，以降低砂層之水位。側壁使用 AGF 進行地質改良，
為防止支保腳沉陷，採用附有擴座基腳的支保，並在支保腳打設鋼管
（∮114mm，Ｌ＝3.0m），作為支撐頂拱之岩栓，則採用自鑽式岩栓，
並灌入矽利康樹脂以改良周圍之地質，開挖面碰到砂層時則採用鏡面 岩栓進行地質改良，在砂流失位置使用樹脂進行孔隙回填。
(三)開挖面全面出現砂層段（最嚴重段）：
在此段開挖，除了上述兩種狀況之問題外，開挖面不穩定，自立
性降低，噴凝土附著不良，因此隧道側壁及開挖面的地質改良範圍也 加大。
5.4.2 隧道異常行為處理過程之分析與探討
因林口隧道工程係屬統包工程，自行設計與施工，並與日本廠商 技術合作。在其上述地形、地質的狀況下施工時，隧道開挖時容易遭 遇大量湧水及伴隨大量砂流失，引起開挖面崩塌及隧道變形，針對這 種含有受壓地下水的情況，為確保開挖面的自立，其最有效率之對策 工法，為降低地下水位，說明如下：
(一)由於覆土厚約 80ｍ，從地質不良區以 50ｍ〜100ｍ之間打設深水 井 11 處，直徑 30cm 深水井抽水，以降低水位。
(二)由隧道內開挖施作前進導水孔排水，以避免因滲水造成工作區段 泥濘，影響施工進度。
(三)從開挖面作化學灌漿地質改良工法以阻斷地下水流。
(四)採取之主要輔助工法包括臨時仰拱閉合、預留土心、AGF 頂拱保 護工法、局部岩栓加強、加厚噴凝土、排水孔、底導坑工先排除 地下水、化學灌漿止水、固結灌漿。
(五)因高鐵工程為統包工程，設計時業已考量施工中可能遭遇困難之 因應策略，所以並無其它單位於災變處理之相關規定及手續。
5.5 案例(五)－南港專案(CL302 標)汐止隧道工程
「南港專案」CL302 標「汐止山岳隧道及引道工程」西起大坑溪，
東至新台五線跨越鐵路橋(汐止好市多附近)，而後再切入現有鐵道，
全長一仟六佰公尺(如圖 5.14 所示)，分東、西洞口、工作斜坑三工 作面進洞施工，工期長達三十八個月，且由於山區覆土頗厚〈最厚達 七○公尺〉，無法以明挖覆蓋工法進行，採用山岳隧道施工常用之新
奧工法(NATM)。由於該工法需依據現場地質情況，調整其輪進長度，
故配有地質師長駐工地，並研判是否應加設管冪或閉合仰拱等事宜。
由於所面對之現場地質情況無法完全掌控，現地可彈性調整工法，可 避免因變更設計延誤工程進展，甚而造成抽心坍方等災變，另編有鋼 纖噴凝土、鋼肋、自鑽式岩栓等數項輔助工法可供緊急應變時使用(本 研究整理，資料來源：汐止監造計畫書光碟，簡報)。
地質為膠結不佳之砂岩及泥岩互層，隧道位於海平面下 10 公尺，
隧道內地下水位高。東洞口之隧道線形與現地地形以 20 度斜交入洞，
遭遇偏壓帶約 200 公尺，開挖期間發現 10 處明顯之剪裂帶，每處範 圍約 5〜30 公尺。
5.5.1 困難段施工處理
因汐止隧道本身並重大災變發生，謹以施工中困難段做為說明：
(一)由於隧道位於都會區，緊臨大坑溪，汛期工程風險高。
(二)隧道鑽掘採用新奧工法，地質軟弱及覆土深度淺處，輔以水平管 冪工法施工。
(三)豎井段擋土措施受北二高橋樑限高，採環形切削樁施工。
(四)東洞口進洞處採拱蓋工法施工，以保護洞口及北二高邊坡安全。
(五)排水出口採推管工法，穿越鐵路及北二高橋下(受鐵路最大容許 沉陷值 5mm 嚴格限制)。
5.5.2 處理過程之分析與探討
汐止隧道位於地質為軟弱膠結不佳之砂岩及泥岩互層，因此設計 上業已考量其因應策略，並因應地質環境採不同工法施作，因此無異 常行為或災變情形發生，其所採用工法說明如下：
(一)洞口部份：豎井段段環形切削樁、東洞口進洞處採拱蓋工法。
(二)設計時已考量之輔助工法：鋼纖噴凝土、鋼肋、自鑽式岩栓、管
冪工法、閉合仰拱及推管工法。
(三)由於本案工程為委託監造，規劃設計時業已聘由專業顧問針對遭 遇地質不良區段採用輔助工法施作，因地質為軟弱地層採較保守 施工方式施作。
5.6 隧道災變修護作業程序之案例探討與比較
由上述案例分析中包含「鐵工局-東部工程處（委託設計自辦監 造）」、「國道局（委託設計委託監造）」、「公路局（委託設計委託監造）」
「鐵工局（委託設計委託監造）」、「高鐵局（統包工程）」等各不同主 管單位，針對隧道災變技術處理與修護作業程序比較結果，建議隧道 災變修護作業程序之應用模式。
5.6.1 隧道災變地質案例相異性之探討
本章案例災變基本資料經彙整（如表 5.3 所示），新永春、林口 及汐止等隧道為鐵路隧道，雪山及八卦山等為公路隧道，各有不同主 管機關，探討結果如下：
(一)新永春隧道及雪山隧道之地質狀況較其它隧道岩性較佳，且岩覆 很高，所經過弱面帶通常夾帶大量地下水及破碎土石，因此無法 預估其水流位置及範圍，肇致發生災變時影響層面較為廣泛。而 其它隧道已知屬軟弱土層，設計階段通常較為保守，採機械開挖 方式，且已考量輔助工法之應用，避免災變發生。
(二)由表 5.3 可知，隧道一旦發生特殊災變其總經費增加至少百分之 五十以上，總工期追加百分之六十以上(未含停工日數)，且未含 施工廠商因此要求停工階段人員、機具等閒置之額外仲裁費用。
一般而言，若隧道發生異常狀況其總費用至少增加約百分之五以 上，總工期追加約百分之二十以上，林口隧道因屬統包工程較無 上述問題。
(三)表 5.3 案例中工期追加為機關已同意核准部份，因此，在於工程 停工一日相對工期追加一日，故工期追加日數亦為原契約工期之 兩倍計算。有鑑於此，在整體災變過程或其它相關因素處理速率 越快，亦可相對減少工期及其費用增加。
(四)另汐止隧道雖未有災變發生其工期已追加百分之二十以上(目前 尚未完工)，因此，隧道在於規劃設計階段必需加強考量地理環 境施作，以避免造成工期延宕。
(五)新永春隧道採新奧工法(鑽炸開挖)，雪山隧道採全斷面隧道鑽掘 機(TBM)，湧水段採新奧工法(鑽炸開挖)進行，八卦山、林口及 汐止隧道設計時採新奧工法，因地質因素仍以機械開挖(挖土 機、破岩機)方式進行。
5.6.2 隧道災變技術處理作業程序之比較
由於隧道發生災變或異常行為影響層面不同，因此各類輔助工法 應視其特徵、地質條件、環境條件並配合隧道之工程進度及施工方法 等條件加以應用。就新永春隧道、雪山隧道（導坑）、八卦山隧道、
林口隧道及汐止隧道案例所選用工法之加以比較（如表 5.4 所示），
就其技術處理之比較說明如下。
(一)經由 5.4 比較表得知，隧道發生湧(滲)水技術處理為先行導排 水，俟降低水壓後依地質情況進行灌漿或地質改良，突破湧(滲) 水段，再以支撐先進工法為進行開挖面前期支撐，並輔以標準支 撐系統補強，完成後持續監測。另遭遇特殊地質時輔助工法需分 階段性或合併使用，以避免發生二度災變情形。
(二)由於新永春及雪山隧道所遭遇大量湧水技術處理過程，其處理策 略都先以施作迂迴坑方式繞行後，輔以水平長距離鑽探並作大口 徑排水降低水壓，依據地質調查採不同化學灌漿進行地質改良，
新永春隧道則引進熱瀝青工法突破湧水段較為不同，頗值應用。
(三)八卦山與林口隧道因地下水位較高發生異常滲水狀況，其技術處 理過程除採地表深井工法強制排水，以降低水位外。並鑽設排水 鑽孔於集水坑抽排水，再輔以前期支撐及標準支撐構件補強，及 依地質情況進行地質改良以穩固地盤。
(四)八卦山與林口隧道因地質為礫石層與砂層，遭遇地下水時容易形 成軟弱之地盤，因此必須採擴大支撐底部以防止支保腳沉陷，穩 定隧道內變位情況。
(五)汐止隧道位於地質為軟弱膠結不佳之砂岩及泥岩互層，設計上業 已考量其因應策略，並因應地質環境採不同工法施作，因此無異 常行為或災變情形發生，實施過程順利，可作為典範。
5.6.3 隧道災變修護作業程序之比較
所建立之修護作業程序經由各不同主管機關案例實際比較(如表 5.5 所示)結果如下：
(一)由於各主管單位性質不同，災變處理過程亦有所不一，新永春隧 道採自辦監造，因此災變處理過程業主同意即可施作，處理過程 較為彈性，並可縮短時程有利工進及防止災變情形擴大。
(二)雪山(導坑)隧道、八卦山隧道及汐止隧道為委託監造，因此需經 監造同意後再行陳報業主後施作，因此容易產生業主、委監單位 及施工單位認知上不同，影響災變搶修過程。
(三)而林口隧道為自行設計監造，處理過程無須經過層層陳報同意，
手續最為快速，惟造價最高。
(四)由表 5.5 中比較結果，本文所建立之修護技術作業程序與實際案 例均頗為類似，可供隧道施工中發生災變後修護技術作業處理過 程依循之應用模式。
(五)由於各單位性質不一，所建立之隧道災變修護行政作業程序及流 程需依災變情況而定，經由實際應用比較探討結果，惟林口隧道 自行設計監造無須經過層層陳報同意外，其餘均為作業程序相 似，因此本研究可作為執行行政作業之參考應用。
(六)由於災變情形不同所辦理之修護作業程序亦有所不同，八卦山、
林口及汐止等隧道因無災變情形，因此無須辦理地質調查作業及 專案會議等步驟。
(七)其中八卦山、林口及汐止等隧道於設計上業已針對未來施工中可 能遭遇地質問題，並納入契約提供輔助工法項目及數量，藉由專 業顧問判別工法之適用條件，實施過程順利，可作為典範。
(八)汐止隧道因無發生異常行為及災變情形，因此未辦理相關修護作 業程序。
表 5.1 新永春隧道災變處理作業時程表
1998 1999 2000 2001 2002 年 日期
項目 10 12 2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 10 12 2 4 6 8 月 天
災 變 時 間 150
第 一 階 段 210
第 二 階 段 180
第 三 階 段 365
第 四 階 段 270
監 測 系 統 持續中 輔 助 工 法 270
專 案 會 議 68 次 規 定 陳 報 4 次 災變處理時程達三年十月 (1998.10~1999.02) 表 5.2 雪山隧道(導坑)災變處理作業時程表 2 3 4 5 6 7 8 9 月份 日期 項目 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30 10 20 30 天 T B M 區 87
迂 迴 坑 A 118
迂 迴 坑 B 93
迂 迴 坑 C 123
迂迴坑 C1 105
迂迴坑 C2 32
迂 迴 坑 D 108
專 案 會 議 －
災變處理時程達 221 天 註：虛線為合併施工 (1996.4.6~5.11)
(1998.11~1999.05)
(2001.11~2002.07) (1999.06~1999.11) (1999.11~2001.10)
(2001.11~2002.07) (1998.11~2002.07) (1998.12~2001.12)
(1996.7.16~8.18) (1996.5.28~7.15)
(1996.4.2~5.28)
(1996.3.6~3.26) (1996.2.6~3.21) (1996.2.5~2.15.)
(1996.2.5~6.3)
表 5.3 隧道災變案例之基本彙整表 案例
基本資料 新永春隧道 雪山隧道
(導坑) 八卦山隧道 林口隧道 汐止隧道
用 途 單線鐵路 公路 公 路 雙線鐵路 雙線鐵路
隧 道 長 度 4,460 公尺 12,900 公 尺
1.左線：4,928 公尺。
2.右線：4,955 公尺。
3.豎井乙座。
1.6,419 公 尺。
2. 豎 井 兩 座。
1.1,610 公尺。
2.斜坑乙 座。
地 質 概 要
大南澳片岩、板 岩、長石砂岩夾 變質礫岩、千枚 狀板。
枋腳層、媽 岡層、大桶 山層、粗窟 層 、 乾 溝 層、四稜砂 岩層。
砂質粉土層 及礫石層。
礫石層、粗 砂、細砂及 黏土。
砂 岩 及 泥 岩互層
開 挖 方 式 鑽炸工法
全 斷 面 隧 道 鑽 掘 機 (TBM) 、 鑽 炸工法
機械開挖 (挖土機、破
岩機)
機械開挖 (挖土機、
破岩機)
機械開挖 (挖土機、
破岩機)
災 變 概 述
最 大 湧 水 量 高 達 80m3/mim，湧 水 量 維 持 25~30m3/min ， 坍 落 土 石 累 計 22,000m3以上，
停 機 共 計 十八次。第 十 次 湧 水
量 約
110L/s 〜 140L/s
部份區段異 常滲水及開 挖面坍落。
部份區段
異常滲水 －
處 理 時 程 三年十月
共 計 ： 1,653 天。
第十次 221 天。
－ － －
增 加 總 費 用 90%
(未含仲裁費) 50% 15% － 5%
(未完工) 追 加 總 工 期 60% 140% 30% － 20%
(未完工)
備 註 已完工 已 貫 通 未
結算
已貫通未結
算 －
預估 2006 年 1 月完 工
表 5.4 隧道災變技術處理之比較表 案例
輔助工法
新永春隧 道
雪山隧道 (導坑)
八卦山隧
道 林口隧道 汐止隧道
短 先 進 支 撐 工 法 ◎ ◎ ◎
長 先 進 支 撐 工 法 ◎ ◎ ◎ ◎
水 平 噴 射 灌 漿 ◎ ◎
前期支撐
鋼 支 保 ◎ ◎ ◎ ◎
噴 凝 土 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
岩 栓 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
擴 大 支 撐 底 部 ◎ ◎
仰 拱 支 撐 ◎ ◎
開挖面補強
底 部 補 牆 鋼 管 樁
排 水 坑 ◎ ◎ ◎ ◎
排 水 鑽 孔 ◎ ◎ ◎ ◎
點 井 工 法
深 井 工 法 ◎ ◎
壓 氣 工 法 冷 凍 工 法 隔 牆 工 法
止水與排水
灌 漿 工 法 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
水 泥 系 灌 漿 工 法 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎ 藥 液 灌 漿 工 法 ◎ ◎ ◎ ◎
地質改良
熱 瀝 青 工 法 ◎
表 5.5 隧道災變修護作業程序之比較表
案例 修護作業程序
新永春隧道 雪山隧道
(導坑) 八卦山隧道 林口隧道 汐止隧道
修護技術作業程序
緊 急 應 變 措 施 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
觀 察 與 監 測 ◎ ◎ ◎ ◎ －
緊 急 處 理 方 案 ◎ ◎ ○ ○ －
地 質 調 查 作 業 ◎ ○ － － －
修 護 作 業 ◎ ◎ ◎ ◎ －
持 續 監 測 ◎ ○ ○ ○ －
修護行政作業程序
災 變 通 報 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
及 時 會 勘 ◎ ◎ ◎ ○ －
研 擬 處 理 方 案 ◎ ◎ ○ ○ －
專 案 會 議 ◎ ○ － － －
規 定 陳 報 ◎ ◎ ○ － －
工 法 成 效 ◎ ○ ○ ○ －
資 料 建 檔 ◎ ◎ ○ ○ －
註：◎重要；○次要；－未辦理
圖 5.1 新永春隧道地理位置圖 (聯合大地，1999)
圖 5.2 湧水約 1 小時 圖 5.3 湧水約 3 天後
圖 5.4 湧水約 13 天後 圖 5.5 湧水約 1 個月後
災 變 發 生
二 度 災 變
排 水 設 施
檢 視 工 法 成 效
完 成 持 續 監 測 ( 重 新 探 查)
( 更 新 工 法)
( Y E S) ( N O)
( 持 續 監 測 )
(分階段性施作) 監 測 系 統
輔 助 工 法 施 作 長 距 離 地 質 鑽 探
迂 迴 坑 施 作 坍 方 清 理 地 質 調 查
搶 修 清 理 應 變 措 施
圖 5.6 新永春隧道修護技術處理流程圖
災 變 發 生
同 意 改 線
會議檢討工法成效
資 料 建 檔
陳 報 上 級 機 關
長 距 離 地 質 鑽 探 坍方清理及迂迴坑
施 作
地 質 補 充 調 查
專 案 會 議 改 善 排 水
及 時 會 勘
新工法及材料作業 成 立 專 案 小 組 緊 急 通 報
圖 5.7 新永春隧道修護行政處理流程圖
圖 5.8 雪山隧道配置示意圖(陳福將，2001)
圖 5.9 雪山隧道地質剖面圖(陳福將，2001)
災 變 發 生 監 測 系 統
TBM 區搶修清理
TBM 區施作清理
迂迴坑 C1 區施作
迂迴坑 C2 區施作
合 併 施 作 清 理
完 成 持 續 監 測
迂 迴 坑 B 區施作 迂迴坑 A 區施作
迂迴坑 D 區施作 迂 迴 坑 C 區施作
( 持 續 監 測 )
輔 助 工 法 施 作 地 質 探 查
圖 5.10 雪山(導坑)隧道修護技術作業流程圖
陳 報 上 級 機 關 第 二 階 段
研 擬 處 理 方 案 第 一 階 段
及 時 會 勘
資 料 建 檔
緊 急 通 報 災 變 發 生
圖 5.11 雪山隧道(導坑)修護行政作業流程圖
圖 5.12 八卦山隧道位置示意圖(公路局網站載錄)
圖 5.13 林口隧道位置示意圖(高鐵局網站載錄)
圖 5.14 汐止隧道位置示意圖(汐止隧道監造計劃書光碟)
